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食物不壞一定是防腐劑的功勞嗎?

科學松鼠會_96
・2013/06/28 ・2317字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 479 ・五年級
Anti-Theft Lunchbag,一種印有黴菌斑圖案的食品袋

當面對一種長時間沒有變壞的食物,人們的第一反應是:一定加了許多防腐劑。先前流傳的一則新聞是:美國猶他州男子於1999年在麥當勞買了個三明治,無意間保存至今。令人吃驚的是,它看起來和14年前沒有多大變化。他當時是為了向朋友們證明防腐劑可以使一些食品長久保持「新鮮」,所以就買了個漢堡打算放一個月再拿出來。但是事後他忘記了,所以保存至今。唯一的變化就是酸黃瓜解體了。

具體到新聞中的漢堡為什麼不壞,沒有實際看到就難以定論,但是可以做出合理推測。這裡,我們首先來講解一下「食物防腐的基本理論」,然後介紹「不用防腐劑的防腐措施」,最後來「推測食物沒壞的可能原因」。

如何防止食物的腐壞?

需要強調一下:「食物沒有腐壞」跟「食物沒有變質」是不同的概念。「腐壞」通常是指長了細菌或者黴菌,而「變質」還包括其他的導致食物品質下降的情況,比如油脂氧化、失去固有風味、口感變差等等。因為腐壞跟食用安全密切相關,所以更受關注,這裡也只討論這一變化。

腐壞的發生是因為微生物(細菌或者黴菌)的生長,需要營養物質、水分和適當溫度與酸度等條件。一般而言,多數食物中不會缺乏營養物質,只有極少的比如白酒、鹽等,無法支持微生物的生長。而水分是細菌和黴菌生長的先決條件,這個條件不是直觀的「水含量」,而是「水活度」。它不僅跟食物的含水量有關,還跟水與食物的結合狀態有關。簡單說來,就是當食物的水含量小到一定地步,細菌和黴菌就無法生長了。比如糖、蜂蜜、脫水蔬菜、方便麵等等,都因為水含量很低 所以難以腐壞。溫度與酸度是微生物生長的環境條件。一般而言,酸度越高(pH值越低),微生物越難生長。而溫度則尤其需要一個適宜範圍,過高過低都不行。 除此之外,微生物生長還需要有一些「種子」,所以如果可以不讓微生物的「種子」接觸到食物,哪怕有適合細菌和黴菌適合生長的環境,食物也不會腐壞。

「現代微生物學之父」路易·巴斯德故居中展出的當年巴斯德否定「自然發生論」用的鵝頸瓶,裡面乘有煮沸後冷卻的肉湯,瓶頸和外界空氣貫通,100多年過去了,肉湯依舊清澈,沒有滋生細菌或黴菌

那些不用防腐劑的防腐措施

微生物要生長,需要滿足上述的所有條件。而防腐,只需要搞定一條就可以。當然,因為每一條要想「徹底搞定」都不容易,現實中往往是多管齊下,讓微生物們「躲過了初一躲不過十五」。

  1. 乾燥。這或許是人類最早懂得的防腐措施。那些容易腐壞的食物,只要在變壞之前曬乾或者烘乾,也就可以長期保存 了。除了糧食,很多傳統食品這是這麼保存的。在農村,許多人會把蘿蔔、紅薯、豆角、竹筍、土豆片、香菇等等曬乾,就可以長期保存了。即使是肉,在高鹽的幫助下把表面烤乾,也可以實現防腐——腊肉、風肉、香腸,都是如此。加工食品中,方便麵是這一技術的代言人。不管是油炸的還是風乾的,面中的水活度都低於細菌生長的最低需求,所以並不需要防腐劑。只要不開封然後受潮,方便麵的乾燥足以防腐了。
  2. 鹽漬。一般細菌在高鹽環境中難以生長。除了前面提到的腊肉,各種醬菜、鹹菜的核心也都是高鹽防腐。
  3. 糖漬。這一防腐措施的核心還是高糖環境中水的活度低,各種蜜餞是這一措施的代表。
  4. 低溫。在冷凍溫度下(低於-18C),雖然讓食物腐壞的微生物沒有死,但是停止了折騰,不能生長了。只要不解凍,它們也就無法鬧事。
  5. 罐裝。罐頭食品通過先密封,然後徹底加熱的方式來防腐。經過長時間的高溫加熱,其中的細菌被殺光。因為已經密封,環境中的細菌也無法進入。沒有了星星之火,不管罐頭內的食物多麼適合,也不會有細菌長起來。「超高溫加熱然後無菌包裝」是食品工業上的另一種常用方案。其原理跟罐頭一樣,也是通過超高溫加熱殺光細菌,然後無菌包裝杜絕細菌進入,從而在不需要防腐劑的情況下實現防腐。可以常溫儲存的牛奶和列車上的盒飯 是消費者熟知的代表。
超高溫瞬時處理超高溫瞬時滅菌(UHT)後用無菌包裝密封是一種常見的常溫儲存液體的方式。此類產品無需防腐劑在常溫下保質期可以有45天至9個月甚至更長,但一旦開封需要冷藏,並在7~10天內喝完。

漢堡為什麼沒有壞

基於上面的討論,再來看漢堡的問題。相對來說,麥當勞的衛生條件還是不錯的,漢堡的滅菌也比較充分。美國猶他州算是比較乾燥的地方,只要那個漢堡在細菌或黴菌長起來之前變得足夠乾,再往後也被不會長出細菌或者黴菌了。至於「酸黃瓜解體」,要知道酸黃瓜含水量在94%左右,完全乾燥之後只剩下一點點, 看起來幾乎是「沒有了」。

這一現象也不難重現。在夏天的北方,把饅頭片或者米飯攤開放在窗檯上,用不了多長時間也就變乾了。把它們放在不受潮的地方,過十幾年來看,也還是沒有「腐壞」。

其實,速食並沒有多大的防腐壓力。配送的半成品是冷凍保存的,成品做出來,幾十分鐘之後風味口感就大大不如,所以總是現做現吃。它本來就沒打算長時間保存,也沒有必要往裡面加入防腐劑。

防腐劑的檢測不是什麼艱難的事情。買幾個漢堡,送到一個靠譜的食品檢測中心,花費不了多少錢,就可以得到專業可靠的結論。個別消費者用漢堡不壞這種現象來「證明」其中含有防腐劑,只能作為一種娛樂。那麼多媒體卻把這個「新聞」當作了快餐食品「含有大量防腐劑」的證據,不能不說實在有點無厘頭。

關於本文

轉載自科學松鼠會,作者。本文首發於果殼網謠言粉碎機」主題站《食物不壞一定是防腐劑的功勞嗎?

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科學松鼠會_96
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科學松鼠會是中國一個致力於在大眾文化層面傳播科學的非營利機構,成立於2008年4月。松鼠會匯聚了當代最優秀的一批華語青年科學傳播者,旨在「剝開科學的堅果,幫助人們領略科學之美妙」。願景:讓科學流行起來;價值觀:嚴謹有容,獨立客觀


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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》